Un ricercatore della Tohoku University ha apportato miglioramenti significativi a un propulsore al plasma senza elettrodi ad alta potenza, avvicinandoci all'esplorazione dello spazio più profondo.
Il propulsore al plasma rf con ugello magnetico operava in una camera a vuoto Mega hpt presso l'Università di Tohoku. Credito: Kazunori Takahashi
Questi progressi nella tecnologia della propulsione elettrica hanno il potenziale per rivoluzionare l'industria spaziale nello stesso modo in cui le innovazioni nel trasporto terrestre, come automobili, treni e aerei, hanno trasformato le rispettive industrie.
La propulsione elettrica è una tecnica che utilizza campi elettromagnetici per accelerare un propellente e generare la spinta che aziona un veicolo spaziale. Le agenzie spaziali hanno aperto la strada alla tecnologia di propulsione elettrica come futuro dell'esplorazione spaziale.
Sono già state completate con successo diverse missioni spaziali utilizzando dispositivi di propulsione elettrica, come propulsori ionici a griglia e propulsori Hall. L'energia solare viene convertita in energia di spinta quando il propellente diventa ionizzato, cioè un plasma, e viene accelerato dai campi elettromagnetici. Tuttavia, gli elettrodi necessari per questi dispositivi ne limitano la durata, poiché vengono esposti e danneggiati dal plasma, soprattutto a un livello di potenza elevato.
Per aggirare questo problema, gli scienziati si sono rivolti a propulsori al plasma senza elettrodi. Una di queste tecnologie sfrutta la radiofrequenza (rf) per generare plasma. Un'antenna emette onde radio in una camera cilindrica per creare plasma, dove un ugello magnetico incanala e accelera il plasma per generare spinta. I propulsori al plasma MN rf, o propulsori Helicon come sono talvolta noti, offrono semplicità, flessibilità operativa e un rapporto spinta-potenza potenzialmente elevato.
Ma lo sviluppo dei propulsori al plasma MN rf è stato ostacolato dall'efficienza di conversione della potenza rf in energia di spinta. I primi esperimenti hanno generato tassi di conversione a una cifra, ma studi più recenti hanno raggiunto un risultato modesto del 20%.
In un recente studio, il professor Kazunori Takahashi, del Dipartimento di ingegneria elettrica dell'Università di Tohoku, ha raggiunto un'efficienza di conversione del 30%.
Mentre i dispositivi di propulsione elettrica maturi utilizzano spesso gas xeno, che è costoso e difficile da fornire in quantità sufficienti, l'attuale efficienza del 30% è stata ottenuta con il propellente argon. Ciò indica che un propulsore al plasma MN rf ridurrebbe il costo e il carico di risorse dalla Terra.
"L'applicazione di un campo magnetico di tipo cuspide ha inibito la perdita di energia che generalmente si verifica sulla parete della sorgente di plasma", ha detto Takahashi. "La svolta apre le porte ai progressi nella tecnologia del trasporto spaziale ad alta potenza".
Riferimento: "Efficienza di conversione del trenta percento dalla potenza a radiofrequenza all'energia di spinta in un propulsore al plasma con ugello magnetico" di Kazunori Takahashi, 10 novembre 2022, Rapporti scientifici.
DOI: 10.1038/s41598-022-22789-7
